基本信息

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书名:嵌入式系统中的模拟设计

ISBN:781077862

作者：(美)贝克(Baker B.) 李喻奎著

出版社:北京航空航天大学出版社

定价:32

页数:264

出版日期:2006-8-1

版次: 1

开本:16开

包装:平装

简介

将模拟技术最本质的“艺术”放进数字工程师的工具箱……

不像那些“理论”式的书，包含着不合实际应用的电路设计，这本书是多年实际工程测试经验的总结。这种以实践为基础并结合最新技术是本书区别其他电路设计方面书籍的最大特色。

―John Titus , EDN 和《测试与测量世界》杂志前主编

本书为那些希望掌握基本模拟知识的数字工程师而写，内容包括A/D转换器、D/A转换器、运放、滤波器以及模拟和数字系统集成设计。本书共分为13章。作者采用工程师喜欢的谈话、交流方式，第1章从分析数字和模拟设计的鸿沟开始，阐述两者之间的联系；第2～7章中详细介绍了SAR和∑－△A/D转换器、运放的基本知识，并结合实际应用讲解如何选择合适的A/D转换器、运放以及线性系统中运放电路的设计和SPICE仿真；第8～12章介绍模拟和数字电路协调工作所关注的噪声、电源和地分割、PCB布局的技巧和策略以及选择合适的工具进行电路调试，在理论介绍时，结合真实模拟设计实例，让数字工程师对这些模拟工具有真实的感受，并进而去思考模拟，以及如何利用它来解决电路问题；第13章总结全书的内容，并以模拟/数字混合电路板设计为例，让工程师体会到模拟技术最本质的“艺术”。.

本书特别适合那些从事信息家电、工业控制和机电控制系统等模拟/数字混合系统设计的数字工程师、学生、教师及应用工程人员。本书是一本有用的参考资料，既可以帮助读者完成数字系统中的模拟设计，也可以作为掌握许多模拟电子方面重要内容的指导手册。...

目录

第1章 跨越模拟和数字的鸿沟

1.1 测量温度并数字化4

1.2 设计中的拦路石5

1.3 不关我的事5

1.4 给我重要的数据6

1.5 不要让这些小事来麻烦我——只给我数据9

1.6 模拟设计成功的关键因素11

1.7 模拟和数字设计的区别12

1.7.1 精度13

1.7.2 硬件和软件13

1.8 时间及其倒数17

1.9 组织工具箱17

1.10 了解最基本原理并继续提升，跳出思维定势18

第2章 模/数转换器基础知识

2.1 A/D转换器的关键参数20

2.1.1 A/D转换器的输入范围20

2.1.2 模拟信号的数字编码21

2.1.3 吞吐率与精度及准确度的关系24

2.1.4 准确度与精度关系25

2.2 逐次逼近型（SAR）转换器29

2.2.1 CMOS SAR拓扑结构31

2.2.2 SAR转换器的输入接口33

2.3 ΣΔ转换器36

2.3.1 ΣΔ转换器的工作原理36

2.3.2 ΣΔ转换器中的可编程增益放大器37

2.3.3 多级电荷平衡ADC 39

2.3.4 数字低通滤波器41

2.3.5 抽取滤波器44

2.3.6 ΣΔ转换器的最大好处44

2.3.7 ΣΔ转换器参数——数字滤波器设定时间46

2.3.8 不同厂家ΣΔ转换器的区别46

2.4 结论47

第3章 为应用选择合适的A/D转换器

3.1 输入信号的分类48

3.2 使用RTD的温度测量：采用SAR转换器，还是ΣΔ转换器？55

3.2.1 SAR转换器的RTD电流激励电路57

3.2.2 使用SAR A/D转换器的RTD信号调理电路58

3.2.3 SAR A/D转换器适合这个温度测量应用吗？59

3.3 使用ΣΔ A/D转换器的RTD信号调理59

3.4 压力测量：选用ΣΔ转换器，还是SAR转换器？60

3.5 使用SAR A/D转换器的压力传感器信号调理61

3.6 使用ΣΔ A/D转换器的压力传感器信号调理62

3.7 光敏二极管应用63

3.8 使用SAR A/D转换器的光电检测信号调理63

3.9 使 用ΣΔ A/D转换器的光电检测信号调理65

3.10 电动机控制方案66

3.11 结论69

第4章 模拟滤波器的使用与设计

4.1 模拟低通滤波器的关键设计参数73

4.2 抗混叠滤波器原理80

4.3 模拟滤波器的实现82

4.3.1 无源滤波器83

4.3.2 有源滤波器83

4.3.3 单极点滤波器84

4.3.4 双极点Sallen?Key滤波器84

4.3.5 双极点多反馈滤波器85

4.4 如何选择运算放大器85

4.5 为接近直流的模拟信号设计抗混叠滤波器86

4.6 复用系统89

4.7 连续模拟信号91

第5章 为你的电路选择合适的运放

5.1 明智的工艺选择94

5.2 运放电路的基础知识95

5.2.1 电压跟随器95

5.2.2 放大模拟信号97

5.2.3 差分放大器98

5.2.4 加法器99

5.2.5 电流电压转换100

5.2.6仪表放大器101

5.2.7 浮空电流源102

5.3 运放设计的技巧103

5.3.1 一般的建议103

5.3.2 单电源轨对轨运放的设计104

第6章 线性系统中的运放

6.1 运放直流特性基础105

6.2 高输入阻抗会有区别109

6.3 运放输出不能摆至轨对轨110

6.3.1 正确使用运放的输入和输出113

6.3.2 直流参数：VOS 、AOL 、CMRR和PSRR115

6.4 每个运放都会振荡，每个振荡器都会放大118

6.4.1 运放内部框图118

6.4.2 闭环运放系统的稳定性120

6.4.3 闭环传递函数121

6.4.4 运放电路中1/β的计算121

6.5 确定系统的稳定性123

6.6 时域性能126

6.6.1 压摆率（SR）126

6.6.2 设定时间（ts）和过冲127

第7章 SPICE仿真

7.1 “纸和笔”的传统设计流程133

7.2 仿真的结果可靠吗？136

7.3 宏模型139

7.4 结论143

第8章 从数字域解决模拟问题

8.1 PWM实现D/A转换器145

8.1.1 从时域的角度了解参考电压145

8.1.2 将数字信号变成模拟信号146

8.1.3 为PWM D/A转换器确定模拟低通滤波器147

8.1.4 将时域和频域合在一起149

8.2 使用比较器实现A/D转换150

8.2.1 比较器的输入范围（VIN+和VIN-） 150

8.2.2 输入迟滞150

8.3 窗口比较器152

8.4 比较器和定时器合在一起153

8.5 利用定时器和比较器来设计ΣΔ A/D转换器154

8.5.1 ΣΔ原理154

8.5.2 微控制器实现156

8.5.3 微控制器实现的ΣΔ A/D转换器的误差分析158

8.5.4 其他输入范围159

8.6 结论162

第9章 模拟和数字电路协同工作

9.1 为应用选择适合化学特性的电池163

9.2 转换电池电压为系统所需电压165

9.3 定义电源转换效率166

9.3.1 Buck降压电路的效率166

9.3.2 电荷泵电路的效率167

9.3.3 低压差线性稳压器的效率168

9.4 3种电源器件的比较170

9.5 电池供电系统的最佳电源方案172

9.6 微控制器应用的低功耗实现173

9.6.1 模拟和数字电路协同工作173

9.6.2 控制时钟174

9.6.3 休眠模式下数字电路的工作177

9.6.4 结论178

第10章 器件、传导和辐射噪声

10.1 噪声参数的定义和术语180

10.2 电路噪声示例181

10.3 器件噪声184

10.3.1 电阻噪声184

10.3.2 运放噪声188

10.3.3 A/D转换器噪声193

10.3.4 电源噪声194

10.3.5 减小器件噪声197

10.4 传导噪声198

10.4.1 信号路径上的噪声198

10.4.2 电源总线上的噪声199

第11章 高速、精密数字电路的布板和铺地

11.1 模拟和数字布线策略的相似之处203

11.1.1 旁路或去耦电容203

11.1.2 电源线和地线要布在一起204

11.2 地平面可能是一个难题206

11.3 电路板和元件的寄生效应会产生巨大危害207

11.3.1 寄生电容的危害207

11.3.2 PCB设计产生的寄生电感212

11.4 A/D转换器精度和分辨率提高时所使用的布局技巧212

11.4.1 逐次逼近型A/D转换器的布线213

11.4.2 高精度ΣΔ转换器布线策略215

11.5 双面电路板的布局艺术216

11.6 有/无地平面时的电流回路设计220

11.7 12位传感系统的布局窍门221

11.8 布线的一般准则——器件布局222

11.9 布线的一般准则——地和电源策略222

11.10 信号线225

11.11 旁路电容和抗混叠滤波器的使用226

11.12 旁路电容226

11.13 抗混叠滤波器226

11.14 PCB设计检查表226

第12章 选用正确的工具调试混合信号设计

12.1 解决问题的基本工具228

12.2 电源噪声232

12.3 使用运放不正确236

12.4 不要忽略细节237

12.5 结论239

第13章 同一个电路板上的数字/模拟混合设计

13.1 连接真实世界的信号链240

13.2 可选的工具241

13.3 考虑模拟的数字电路设计245

13.4 结论249

附录A A/D转换器的参数定义和公式

附录B 读懂FFT

B.1 读懂FFT图256

B.2 基频输入信号257

B.3 输入信号容限258

B.4 信噪比258

B.5 无失真动态范围（SFDR）258

B.6 平均噪声门限259

B.7 FFT图中的其他参数259

B.8 FFT精度259

B.9 窗口函数260

附录C 运放参数定义和公式